CN106680363B - 桥臂热敏元件及其加工方法、磁压力式氧检测器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种桥臂热敏元件及包含该桥臂热敏元件的磁压力式氧检测器，其中，桥臂热敏元件包括玻璃管，玻璃管表面无涂覆式均匀绕制若干电阻丝，其中，电阻丝的直径为0.02mm‑0.03mm，将电阻丝无涂层绕制(90‑100)匝在直径为2mm、长度为8mm的玻璃管上，间距约为0.07毫米，形成两个符合规定阻值120～130Ω的电阻，且两端阻值偏差小于5Ω。本发明提供了一种具有灵敏度高、稳定性好、能够适应恶劣的工业现场环境、并能够抗背景气干扰的磁压力式氧检测器，以克服现有氧检测器对检测氧气要求高及灵敏度低的缺陷。

Description

桥臂热敏元件及其加工方法、磁压力式氧检测器

技术领域

本发明涉及通信技术领域，更具体地，涉及桥臂热敏元件、桥臂热敏元件的加工方法及磁压力式氧检测器。

背景技术

目前，氧气的在线检测方法，主要包括：电化学法、顺磁法和半导体激光法。电化学法，价格较低但稳定性差，使用寿命有限，需要定期更换；半导体激光法，完全不受背景气体的干扰，但价格昂贵。顺磁法在线监测氧气浓度，稳定性好，价格适中，后期维护量小，在工业现场得到广泛的应用。

混合气体中所含各组分彼此之间不进行化学反应的条件下，其磁化率等于各个单独组分磁化率之代数和：即

其中κ-混合气体的体积磁化率，κ0-氧的体积磁化率，c0-氧的体积百分含量，其他为氧以外的其余气体的体积磁化率和体积百分含量。

一般来说，除氧以外的其余组分的体积磁化率都很小，且存在着各组分的顺磁性和逆磁性不同的可能性，使这部分体积磁化率可能部分抵消，甚至全部抵消。利用这一特点，可以得到混合气体中氧的体积百分含量。利用在磁场中具有极高顺磁特性的原理制成的一类测量气体中氧含量的仪器，包括热磁对流式、磁力机械式和磁压力式三种类型。

尽管如此，磁压力氧检测器也完全不同于热磁式及磁力机械式氧检测器，因此有必要简单介绍一下这两种检测器的原理。在热磁式氧检测器中，安放有平衡桥路的测量气室被直接放置在一个不均匀磁场中，该气室通过扩散孔与样气气路管道直接相连。通电使桥路加热到一定温度，气室也被加热。被测混合气体沿测量管路流动过程中一部分气体经扩散孔进入测量气室，其中的氧气体分子因顺磁性受到强磁场吸引向测量桥臂敏感元件周围趋近，与此同时也被敏感元件加热。气体磁导率随温度上升而急剧下降使其受磁场吸引力减小，被温度较低受磁场吸引的后续氧气逐出磁场。这一不停运动导致测量气室内敏感元件周围形成了连续的热磁对流，其强弱变化引起敏感元件周围的温度发生变化，敏感元件的电阻值随着变化，桥路产生了不平衡电势，该电势差与被分析混合气体中的氧含量成正比，这就是热磁式测量基本原理，如图1所示。

磁力机械式氧检测器的结构如图2所示。在一个密闭的气室中，装有两对不均匀磁场的磁极，它们的磁场强度梯度正好相反。两个空心球(内充纯净的氮气或氩气)置于两对磁极的间隙中，金属带固定在壳体上，这样，哑铃只能以金属带为轴转动而不能上下移动。在哑铃与金属带交点处装一个平面反射镜。

被测样气由入口进入气室后,它就充满了气室。两个空心球被样气所包围，被测样气的氧含量不同，其体积磁化率也不同，球体所受到的作用力就不同。如果哑铃上的两个空心球体积相同，体积磁化率值相等，两个球体受到的力大小相等、方向相反，对于中心支撑点金属带而言，它受到的是一个力偶的作用，这个力偶促使哑铃以金属带为轴心偏转。

在哑铃做角位移的同时，金属带会产生一个抵抗哑铃偏转的复位力矩以平衡，被测样气中的氧含量不同，旋转力矩和复位力矩的平衡位置不同，也就是哑铃的偏转角度不同，这样，哑铃偏转角度的大小，就反映了被测气体中氧含量的多少。

与热磁式氧分析器相比，磁力机械式氧检测器器具有如下优点：它是对氧的顺磁性直接测量的传感器，在测量中，不受被测气样导热性变化、密度变化等影响；在0～100％O2范围内线性刻度，测量精度较高，测量误差可低至±1‰O2；灵敏度高，除了用于常量氧的测量以外，还可用于微量氧(‰O2级)的测量。

但由于磁力机械式检测元件直接接触样气，因此对样气的清洁程度的要求极高，避免水汽、油、固体颗粒物(<3微米)等进入检测器，否则会对检测器造成永久性破坏；哑铃球及平面反射镜对震动极其敏感，无论是短时间的剧烈运动还是轻微的持续震动，都会造成检测器信号的波动，所以该类检测器需要安装在防震装置中。

发明内容

本发明提供一种具有灵敏度高、稳定性好、能够适应恶劣的工业现场环境、并能够抗背景气干扰的磁压力式氧检测器，以克服现有氧检测器对检测氧气要求高及灵敏度低的缺陷。

根据本发明的一个方面，提供一种桥臂热敏元件，其特征在于，其包括玻璃管,所述的玻璃管表面无涂覆层式的均匀绕制了电阻丝,所述电阻丝的直径为0.02mm-0.03mm，且该玻璃管上电阻丝的密度为0.08匝/mm-0.1匝/mm。

在上述方案的基础上优选，所述的玻璃管为玻璃管。

在上述方案的基础上优选，所述的玻璃管的直径为2mm，壁厚小于1mm。

在上述方案的基础上优选，所述的电阻丝为铂丝，且该电阻丝优选为铂金丝。

在上述方案的基础上优选，所述玻璃管上的电阻丝形成两个电阻。

在上述方案的基础上优选，所述电阻丝之间的间距为0.07mm。

本发明还提供了一种桥臂热敏元件的加工方法，其特征在于，其包括以下步骤：

对玻璃管进行一次加热，将热传导管嵌入式套装在所述玻璃管内，使所述玻璃管包裹在所述的热传导管表面，并在所述的玻璃管表面缠绕电阻丝；

对所述表面缠绕电阻丝的玻璃管进行二次加热，将热传导管从玻璃管内拆除。

在上述方案的基础上优选，所述的一次加热的温度为400℃，时间为8小时。

在上述方案的基础上优选，所述的二次加热的温度为400℃，时间为16小时。

在上述方案的基础上优选，所述的玻璃管为玻璃管。

在上述方案的基础上优选，所述的玻璃管的直径为2mm，壁厚小于1mm。

在上述方案的基础上优选，所述的热传导管为铜管。

在上述方案的基础上优选，所述的电阻丝为铂丝，且该电阻丝优选为铂金丝。

本发明还提供了一种磁压力式氧检测器，其特征在于，其包括：检测器、桥臂热敏元件、第一输气通道和第二输气通道，所述的第一输气通道和第二输气通道呈T型，且所述的第一输气通道通过所述的桥臂热敏元件与所述的第二输气通道相连通，

所述的检测器包括一支架，所述支架两侧相对设有一磁体，并在该支架上还设有一连接孔，所述的连接孔两端分别与所述的第一输气通道和第二输气通道相连通，并在该支架上还设有一与所述的连接孔垂直设置的被测气通道，且该被测气通道设置所述磁体对应区域之外的支架上。

在上述方案的基础上优选，所述的磁压力式样检测器还包括一左侧板和右侧板，所述的左侧板与右侧板间隔平行设置，并在所述的左侧板与右侧板之间装设有一壳体，所述的第一输气通道设置在所述的左侧板上，所述的第二输气通道设置所述的右侧板上，所述的桥臂热敏元件装设在所述的壳体上。

在上述方案的基础上优选，所述的支架上还设有一磁化腔，所述的磁体分别抵触在所述的磁化腔两侧与该磁化腔形成密闭空间，且所述的两个磁体之间设有一间隙。

在上述方案的基础上优选，所述的连接孔与所述的密闭空间相连通，且所述的密闭空间与所述的被测气通道相连通。

在上述方案的基础上优选，所述的第一输气通道与所述的连接孔相连通一端设有一毛细管。

在上述方案的基础上优选，所述的第二输气通道与所述的连接孔相连通一端设有一毛细管。

所述的第一输气通道的输入端与第二输气通道的输入端通过一压力调节器相连通。

在上述方案的基础上优选，所述的压力调节器包括一壳体，所述的壳体上设有一个进气孔和一个压力调节输气通道，所述压力调节输气通道的开口端装设有一压力调节螺钉；所述的进气孔与所述的压力调节输气通道中部相连通，并在该进气孔两侧的压力调节输气通道上设有两个压力调节出气孔，所述的压力调节出气孔分别与所述的输气通道的输入端和第二输气通道的输入端相连通。

在上述方案的基础上优选，所述的桥臂热敏元件包括玻璃管，所述的玻璃管表面无涂覆层式的均匀绕制了电阻丝。

在上述方案的基础上优选，所述玻璃管上的电阻丝形成两个测量电阻。

在上述方案的基础上优选，所述的被测气通道内装有两个参比电阻，所述的两个参比电阻与所述的两个测量电阻相互连接形成测量电桥。

在上述方案的基础上优选，所述的壳体上设有一凹槽，所述的凹槽内装设有一支架，且该支架上有一半圆槽，所述的玻璃管固定式装设在所述的凹槽内，并在该凹槽底部设有三个接线孔。

在上述方案的基础上优选，所述的玻璃管为玻璃管，所述的电阻丝为铂金丝。

在上述方案的基础上优选，所述的玻璃管的厚度小于1mm。

本发明的一种热敏元件、热敏元件的制作方法及磁压力式氧检测器，具有以下有益效果：

1)本申请的热敏元件采用微流元件，非常灵敏，因而需要的参比气流量很小，低于0.6L/h，一般容量为40L、充装压力10MPa的高压气瓶，可以使用10个月，可有效节约成本；

2)磁压力式氧检测器的灵敏度高，最小量程可到检测含氧量为0～1％气体，特别适宜差值测量，例如测量检测含氧量为21％～16％气体和检测含氧量为100％～99％气体等；

3)稳定性好，检测过程中，磁压力式氧检测器的倾斜对检测器影响不大；

4)由于被测气体不流过敏感元件，被测气体中所含腐蚀性组分和脏污颗粒不会影响热敏电阻的工作。

附图说明

图1为背景技术中的热磁式测量基本原理；

图2为背景技术中的磁力机械式测量基本原理；

图3为本发明的磁压力式氧检测器测量基本原理；

图4为本发明的一种桥臂热敏元件的加工方法流程图；

图5为本发明的磁压力式氧检测器的结构示意图；

图6为本发明的桥臂热敏元件的剖视图；

图7为本发明的桥臂热敏元件的安装局部剖视图；

图8为本发明的桥臂热敏元件与支架的安装示意图；

图9为本发明的左侧板的结构示意图；

图10为本发明的检测器结构示意图；

图11为本发明的支架的剖面示意图；

图12为本发明的支架的立体示意图；

图13为本发明的压力调节器的剖视图；

图14为本发明的气体流量示意图。

图中:1、密闭气室；2、磁极；3、磁极；4、空心球体；5、弹性金属带；6、反射镜；10、第一输气通道；11、左侧板；12、左侧板出气口；13、左侧板进气口；20、第二输气通道；21、右侧板；22、壳体；23、凹槽；24、支架；25、半圆槽；26接线孔；261、引脚线；30、桥臂热敏元件；31、玻璃管；32、电阻丝；33、测量电阻；34、参比电阻；40、检测器；41、支架；42、磁体；43、连接孔；431、左侧板连接孔；432、右侧板连接孔；44、被测气通道；45、磁化腔；50、压力调节器；51、壳体；52、进气孔；53、压力调节输气通道；54、压力调节螺钉；55、压力调节出气孔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明的磁压力式氧检测器40是根据被测气体在磁场作用下压力的变化量来测量氧含量的仪器。

请参阅图3所示，以下将详细说明本发明的磁压力式氧检测器40的测量原理。当被测气体进入磁场后，在磁场作用下气体的压力将发生变化，致使气体在磁场内和无磁场空间存在着压力差：

其中p-压力，μ0-真空磁导率，H-磁场强度，κ—气体体积磁化率。

根据上述的公式可以得出，在磁场强度不变的情况下，压力p与被测气体的体积磁化率κ均成正比。根据上述原理，在同一磁场中同时引入两种磁化率不同的气体，两种气体应当存在压力差Δp。这个压力差同两种气体磁化率的差值也存在近似线性关系。则有：

其中κ_m-被测气体的磁化率，κc-参比气体的磁化率。由于κ_m≈κ₁×c₁，其中κ1被测混合气体中氧的体积磁化率，c1-被测混合气体中氧的体积百分含量，得到：

可以看出，当磁压力式氧检测器40结构和参比气体确定后，参数μ0、H、κ1、κc均为已知数值，被测气体氧的百分浓度c1与压差Δp有线性关系。

本发明根据上述的测量原理，提供了一种磁压力式氧检测器40，采用“磁压-温度效应”测量原理，以检测待测气体中的含氧量。为了实现本发明的含氧量检测目的，本发明还提供了一种采用热敏原理的信号采集元件——桥臂热敏元件30。

实施例一

参见图6，本实施例中的一种用于磁压力式氧检测器40的桥臂热敏元件30，包括玻璃管31，玻璃管31表面无涂覆式均匀绕制了若干电阻丝，其中，电阻丝的直径为0.02mm-0.03mm，且该玻璃管上电阻丝的密度为0.08匝/mm-0.1匝/mm。

本发明的桥臂热敏元件30，通过将电阻丝无涂覆层缠绕在玻璃管31上，利用玻璃管31，一方面作为电阻丝的支撑，以达到防止工作温度高而导致电阻丝线圈产生变形，影响采样准确性，另一方面，利用玻璃管31受热产生黏着作用力，从而实现电阻丝无涂覆的牢固的固定在玻璃管31上，从而防止在使用过程中，桥臂热敏元件30受到轻微振动或冲击造成电阻丝变形或断裂，影响其采样准性的问题。且在用于磁压力式氧检测器40中时，本发明的玻璃管31可作为参考气体的通道，使气体通过玻璃管31直接与电阻丝接触，以准确快速采样。

为了确保桥臂热敏元件30能够快速准确获取采样数据，本发明的玻璃管31采用L＝8毫米，Φ＝2毫米，壁厚δ<1毫米的玻璃管31作为线圈支撑骨架，并在玻璃管31上用直径

电阻丝绕制80圈两个符合规定阻值120～130Ω的电阻。即通过减小桥臂热敏元件30的体积，以缩短气体通过玻璃管31中的置换时间和减小热惯性，使气体以最短的时间内通过玻璃管31，并完成热量的交换，以到达快速准确获取采样数据的目的。

实施例二

参见图6，本实施例中的一种用于磁压力式氧检测器40的桥臂热敏元件30，包括玻璃管31，玻璃管31表面无涂覆式均匀绕制了若干电阻丝，其中，电阻丝的直径为0.02mm-0.03mm，且该玻璃管上电阻丝的密度为0.08匝/mm-0.1匝/mm。

本实施例中的电阻丝为铂丝，优选为铂金丝。且玻璃管31上的电阻丝形成两个电阻，电阻丝之间的间距为0.07mm。

即本发明的一种用于磁压力式氧检测器40的桥臂热敏元件30，采用温度系数相同的同一种铂金丝形成两个电阻，以克服或消减温度变化引起的共模信号。

下面将结合说明书附图以及实施例对本发明的一种用于磁压力式氧检测器40的桥臂热敏元件30的加工方法予以详细说明。

参见图4，本发明的一种用于磁压力式氧检测器40的桥臂热敏元件30的加工方法，其包括以下步骤：

将热传导管嵌入式套装在所述玻璃管31内，对玻璃管31进行一次加热，利用热传导管使玻璃管31在受热时温度变化平缓，以使玻璃管31包裹在热传导管表面，实现热传导管对玻璃管31的支撑，防止玻璃管31受热变形，并在玻璃管31表面缠绕电阻丝，利用玻璃管31受热后的粘性以固定电阻丝并保证玻璃管31不产生变形；

对表面缠绕电阻丝的玻璃管31进行二次加热，使玻璃管31受热后膨胀，将热传导管在不经任何特殊处理的情况下从玻璃管31内拆除。优选的，本发明的热传导管为铜管，电阻丝优选为铂金丝。

优选的，本发明的一次加热的温度为400℃，时间为8小时，二次加热的温度为400℃，时间为16小时。

为了确保桥臂热敏元件30能够快速准确获取采样数据，本发明的玻璃管31采用L＝8毫米，Φ＝2毫米，壁厚δ<1毫米的玻璃管31作为线圈支撑骨架，并在玻璃管31上用直径

电阻丝绕制80圈两个符合规定阻值120～130Ω的电阻。即通过减小桥臂热敏元件30的体积，以缩短气体通过玻璃管31中的置换时间和减小热惯性，使气体以最短的时间内通过玻璃管31，并完成热量的交换，以到达快速准确获取采样数据的目的。

下面将结合说明书附图以及实施例对本发明的一种用于磁压力式氧检测器40以详细说明。

第一实施例

参见图3、图5，本发明的一种磁压力式氧检测器40，其包括：检测器40、桥臂热敏元件30、第一输气通道10和第二输气通道20，第一输气通道10和第二输气通道20呈T型，且第一输气通道10通过桥臂热敏元件30与第二输气通道20相连通；

参见图10、图11，检测器40包括一支架41，支架41两侧相对设有一磁体42，并在该支架41上还设有一连接孔43，连接孔43两端分别与第一输气通道10和第二输气通道20相连通，并在该支架41上还设有一与连接孔43垂直设置的被测气通道44，且该被测气通道44设置磁体42对应区域之外的支架41上。

参见图3，使用时，分别在第一输气通道10和第二输气通道20内通入参数相同的参考气体形成两股气流，设定通过第一输气通道10的气流为V1，通过第二输气通道20的气流为V2，并在被测气通道44内通入待测气体V3。气流V1进入第一输气通道10后，一部分向桥臂热敏元件30一侧输送，其另一部分经过磁体42相对的连接孔43进入被测气通道44内；而与此同时，气流V2进入第二输气通道20后，一部分向桥臂热敏元件30一侧输送，其另一部分经连接孔43直接进入被测气通道44中，与待测气体V3混合输出。

当参考气体中的含氧量与待测气体中的含氧量相同时，气流V1和气流V2进入被测气通道44中的流量是相等的。当待测气体中含氧量比参考气体中的含氧量高时，气流V1在磁体42所产生磁场作用下，由于氧气的顺磁特性，将在处于磁场下的连接孔43与被测气通道44连通处形成较大的阻力，以阻挡气流V1向被测气通道44中流通。而，由于进入第二通道中的参考气体的流量与进入第一通道中的参考气体的流量相同，因此，必然导致有一部分的其气流V1会经过桥臂热敏元件30的玻璃管31，通过第二输气通道20经连接孔43进入被测气通道44中排出。这样由于参考气体中氧气顺磁特性所产生阻力而导致的这部分经玻璃管31向第二输气通道20的气流，所引起的温度变化，会被桥臂热敏元件30上的两个电阻检测出来，利用测量信号和待测气体与参比气体中氧的浓度差成正比，即可获得待测气体中的含氧量大小。

第二实施例

参见图3、图5，本实施例中的一种磁压力式氧检测器40，其包括：检测器40、桥臂热敏元件30、第一输气通道10和第二输气通道20，第一输气通道10和第二输气通道20呈T型，且第一输气通道10通过桥臂热敏元件30与第二输气通道20相连通；

检测器40包括一支架41，支架41两侧相对设有一磁体42，并在该支架41上还设有一连接孔43，连接孔43两端分别与第一输气通道10和第二输气通道20相连通，并在该支架41上还设有一与连接孔43垂直设置的被测气通道44，且该被测气通道44设置磁体42对应区域之外的支架41上。

其中，参见图9，本实施例中的磁压力式样检测器40还包括一左侧板11和右侧板21，左侧板11与右侧板21间隔平行设置，并在左侧板11与右侧板21之间装设有一壳体22，第一输气通道10设置在左侧板11上，第二输气通道20设置右侧板21上，桥臂热敏元件30装设在壳体22上。

其中，本实施例中的左侧板11上的第一输气通道10包括一个左侧板进气口13和两个左侧板出气口12。右侧板21的结构与左侧板11的结构相同，在此不在赘述。

参见图12，本实施例中的支架41上还设有一磁化腔45，磁体42分别抵触在磁化腔45两侧与该磁化腔45形成密闭空间，且两个磁体42之间设有一间隙，支架41上的连接孔43包括与第一输气通道10连通的左侧板连接孔431、与第二输气通道20连通的右侧板连接孔432。

优选的，本发明的左侧板连接孔431与密闭空间相连通，且密闭空间与被测气通道44相连通，且右侧板连接孔432与被测气通道44相连通。

这样分别向第一输气通道10和第二输气通道20中通入参数相同的参考气体，由于进入第一输气通道10中的参考气体需要经过磁体42所形成的磁场，故在磁场的作用下，导致其磁化腔45与被测气通道44之间产生阻力，影响其气体的流通量，从而使得第一输气通道10和第二输气通道20中的参比气体形成了一个压力差，这个压力差导致第一输气通道10中的部分气体会经过桥臂热敏元件30的玻璃管31，向第二输气通道20中流通，而这部分气体势必会导致桥臂热敏元件30中电阻发生变化，从而形成电信号。利用测量信号和待测气体与参比气体中氧的浓度差成正比，即可获得待测气体中的含氧量大小，以实现其对待测气体中的氧气含量的测量。

优选的，为了保证参比气体能够稳定的进入被测气通道44内，避免参比气体进入被测气通道44中形成了湍流，影响其测量的准确性，本发明在第一输气通道10与左侧板连接孔431相连通一端设有一毛细管，第二输气通道20与右侧板连接孔432相连通一端设有一毛细管。

第三实施例

由于本发明的桥臂热敏元件30对流经玻璃管31中气体的热量十分敏感。当待测气体中有热导率较氧气高的气体如氢、甲烷等时，由于氢、甲烷等气体的磁导率却比氧气要低很多。如表1中列出了部分气体的热导率。因此，为了避免这些气体流向第一输气通道10或第二输气通道20，经过测量电阻33桥，给测量带来干扰，影响测量的准确性。

表1气体的相对导热率λ_r(以空气为参比，在标准气压和0℃时)

气体	空气	H2	CH4	O2	N2	CO	NH3	CO2	SO2
										λ<sub>r</sub>	1.0	7.15	1.25	1.01	0.996	0.96	0.89	0.605	0.35

本实施例中的一种磁压力式氧检测器40，其包括：检测器40、桥臂热敏元件30、第一输气通道10和第二输气通道20，第一输气通道10和第二输气通道20呈T型，且第一输气通道10通过桥臂热敏元件30与第二输气通道20相连通；

检测器40包括一支架41，支架41两侧相对设有一磁体42，并在该支架41上还设有一左侧板连接孔431与右侧板连接孔432，左侧板连接孔431和右侧板连接孔432的两端分别与第一输气通道10和第二输气通道20相连通，并在该支架41上还设有一与连接孔43垂直设置的被测气通道44，且该被测气通道44设置磁体42对应区域之外的支架41上。

参见图13，本发明在第一输气通道10的输入端与第二输气通道20的输入端通过一压力调节器50相连通。优选的，该压力调节器50可以为恒压阀加针阀，以调节进入第一输气通道10和第二输气通道20中的气体压力和流量，以保证进入第一输气通道10和第二输气通道20内的参比气体中的流量完全相同，避免因参照标准不准确而带来的测量误差，并实现其对氢气干扰的调节，使测量的干扰问题得以解决。

通过实验发现稳压阀和用于固定气阻的针阀都均可实现对氢气的干扰值调整，且都满足氢气干扰值小于理论值的现象。但是，当参考气体的输出压力不变而通过针阀改变参考气体的气阻时，氢气的干扰也随之变化，即氢气的干扰是由流量的变化而非压力的变化引起，故采用恒压阀加针阀的方式实现流量调节以抑制氢气的干扰，再使用软件算法将其排除，从而排除氢气对测量值的干扰。这一点，可以根据气体流量F、压力P以及流通阻力R的近似公式印证：

公式中，ΔP为气阻R两端的压力差。该公式非线性表达，在实际工程中较难通过计算得到流速结果，往往是进行实际测定。

图11是安装有桥臂热敏元件30的被测气通道44与右侧板连接孔432的切面示意。参见图14，根据流体流动连续性方程，该腔室气体的微流与其所容空间关系可用公式ρ₁u₁S₁、ρ₂u₂S₂表达，即：

其中，上述公式中ρ是气体密度，u是流量，N为通道截面积比，这里通道截面积S是不变的。假定ρ1是参比气密度，ρ2是混合参比气密度。当ρ2发生变化时，必须调整u2，使K值恒定。该比值的稳定是保证气体运动稳定的关键。

另一方面，气体流速、压力及气阻关系式为：

上述公式中V为平均流速，△P为气阻两端压力差，R为气阻。实验发现，保持输出压力恒定同时改变气阻时，氢气的干扰也随之变化，即氢气的干扰不是由于气体压力而是由于流量变化引起，通过调节气阻，每个元件均可实现氢气的干扰值调整，且均满足氢气干扰值小于理论值的现象，这符合上述公式的描述。故采用恒压阀(稳压)加针阀(气阻稳定)的方式稳定流量，实现了对H2干扰的调节，使H2干扰问题得到解决。

优选的，本发明的压力调节器50包括一壳体51，壳体51上设有一个进气孔52和一个压力调节输气通道53，压力调节输气通道53的开口端装设有一压力调节螺钉54；进气孔52与压力调节输气通道53中部相连通，并在该进气孔两侧的压力调节输气通道53上设有两个压力调节出气孔55，压力调节出气孔55分别与输气通道的输入端和第二输气通道20的输入端相连通。

第四实施例

参见图3、图5，本实施例中的一种磁压力式氧检测器40，其包括：检测器40、桥臂热敏元件30、第一输气通道10和第二输气通道20，第一输气通道10和第二输气通道20呈T型，且第一输气通道10通过桥臂热敏元件30与第二输气通道20相连通；

检测器40包括一支架41，支架41两侧相对设有一磁体42，并在该支架41上还设有一左侧板连接孔431与右侧板连接孔432，连左侧板连接孔431与右侧板连接孔432两端分别与第一输气通道10和第二输气通道20相连通，并在该支架41上还设有一与连接孔43垂直设置的被测气通道44，且该被测气通道44设置磁体42对应区域之外的支架41上。

其中，本实施例中的桥臂热敏元件30包括玻璃管31，玻璃管31表面无涂覆层式的均匀绕制了电阻丝。玻璃管31采用厚度小于1mm、长度为8mm，直径为2mm的玻璃管31，并在该玻璃管31上缠绕80匝直径为0.02mm的电阻丝，以形成两个电阻阻值为120～130Ω的电阻。即利用相同温度系数的电阻丝以形成两个电阻，以克服或消减温度变化引起的共模信号，影响测量精度。

同时，本发明利用在一个超小尺寸的玻璃管31上无涂覆层式固定较多匝数的电阻丝，可以有效降低桥臂热敏元件30的体积，从而使得参比气体可快速通过该玻璃管31同时，可快速准确捕获气压变换所引起的热量变化，以缩短气体置换时间和减小热惯性，提高其测量精度和准确性。

优选的，本发明的玻璃管31上的电阻丝形成两个测量电阻33，并引出三个引脚线261，且电阻丝最好是铂金丝。

为了保证气流进入玻璃管31后能平稳的流动，不发生紊流或湍流现象，而造成检测器40零点的定位，测量不稳定，甚至找不到零点而无法测量的问题。根据稳态流动机械能衡算方程，对气体而言，在忽略其重力能及压力恒定条件下，流动能量的损失主要消耗在克服容腔几何形状不规则而引起的阻力上，在管道中形成紊流甚至湍流。

参见图7、图8，本实施例的壳体22上设有一凹槽23，凹槽23内装有一支架24，该支架24上设有一个半圆槽25，玻璃管31固定在半圆槽25内，并在该半圆槽25底部设有三个接线孔26。以下将详细介绍桥臂热敏元件30与支架24之间的安装方法。

首先，将中间的引脚线261接上直径为0.15毫米(电阻丝直径7.5倍)且具有足够刚性的铂铱丝。安装时，将准直器水平卡在半圆槽25的座沿上，玻璃管31放入准直卡具时，两个电阻的三只引脚刚好落入事先在半圆槽25底部上的三个接线孔26内，然后用高温胶固定并密封三个接线孔26。卸下准直卡具。这种工艺操作简单，效率较高，效果良好。经过对每个电阻的静态检查测量，阻值误差在规定的标准误差范围内的产品数量占到总出产量的95％。

为了克服测量影响(如热对流)和进行温度补偿，本发明在被测气通道44内还装有两个参比电阻34R1、R2，两个参比电阻34R1、R2与两个测量电阻33R3、R4相互连接形成测量电桥。为了确保两个参比电阻34和两个测量电阻33相互平衡，通常需要对所形成的测量电桥进行桥臂配对。而桥臂配对必须在模拟其工作条件下进行，对此模拟施加工作电压或电流，必须对热量进行测量，这是铂丝的热特性决定的。以下将详细介绍本发明的桥臂配对的原理和过程。

将磁压氧测量气室中发生的过程看做是一个热循环过程，其实质是热能量的交换。设定电桥桥臂的温度是T2，被磁压力驱动的气体的温度是T1，源源不断的气流和恒定的加热使热交换过程往复循环，类似一个热机。根据定义，可以导出其热交换效率为η＝1-Q1/Q2，Q1表示气体吸收的热能，Q2表示气体释放的热能。比对卡诺循环过程，得到关系式：

根据上述公式可以得出，由桥臂电阻发生的热量与由气体释放(带走)的热量可以用两者的温度表示，根据气体能量-温度关系Q₁-Q₂＝nC(T₁-T₂)可知，温差越大，能量差越大。因此，对热敏电阻在制作以及配对工作中可以直接利用测量温度来设计电阻的阻值、配对标准和方案，大大减低了设计和制造过程中的检测难度。对于被测氧气，选择电阻桥工作在110～130℃是一个合适的温度值。

实际设计中采用同边桥臂测量，例如R1、R2与R3、R4分别串接测量。施加实际工作电压分别测得R1、R2(或R3、R4)上的电压V1、V2进而计算出精确的电阻值，它正是铂金丝真正工作时的电阻值。反过来确定这个阻值是否使温度在希望的范围内。根据铂电阻R-T公式，计算电阻值。确定该电阻值是否满足测量电桥正常工作的温度要求。

本发明提供了用于磁压力式氧检测器40的桥臂热敏元件30，利用玻璃管31加热后所具有的粘性，在单位距离的玻璃管31上缠绕大量的电阻丝，不仅可避免传统采用涂覆层粘附电阻丝所造成的测量误差，而且，由于玻璃管31足够小，且其单位距离内电阻丝足够多，可使得气体在较短时间内通过玻璃管31，并通过电阻丝获取气体的温度，从而达到准确快速获取测量的目的。同时，玻璃管31内表面光滑平整，可有效减少气流在玻璃管31中所形成的湍流并减少气流的热惯性，从而进一步准确提高桥臂热敏元件30的数据采集准确性和精确度。

本发明还提供了一种磁压力式氧检测器40，通过将通入待测气体的被测气通道44与通入参比气体的第一输气通道10和第二输气通道20分别独立设置，可以有效防止待测气体中的腐蚀性气体对桥臂热敏元件30的影响，以提高其使用寿命同时，拓宽其使用环境，保证测量数据的稳定性和准确性。

最后，本申请的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种磁压力式氧检测器，其特征在于，其包括：检测器、桥臂热敏元件、第一输气通道和第二输气通道，所述的第一输气通道和第二输气通道呈T型，且所述的第一输气通道通过所述的桥臂热敏元件与所述的第二输气通道相连通，

所述的检测器包括一第一支架，所述第一支架两侧相对设有一磁体，并在该第一支架上还设有一连接孔，所述的连接孔两端分别与所述的第一输气通道和第二输气通道相连通，并在该第一支架上还设有一与所述的连接孔垂直设置的被测气通道，且该被测气通道设置所述磁体对应区域之外的第一支架上；

所述桥臂热敏元件包括玻璃管,所述的玻璃管表面无涂覆层式的均匀绕制了电阻丝,所述电阻丝的直径为0.02mm-0.03mm，且该玻璃管上电阻丝的密度为0.08匝/mm-0.1匝/mm；所述的玻璃管的直径为2mm，壁厚小于1mm；所述玻璃管上的电阻丝形成两个测量电阻，两个测量电阻的阻值为120～130Ω；

所述的第一输气通道的输入端与第二输气通道的输入端通过一压力调节器相连通，压力调节器为恒压阀加针阀；

所述的压力调节器包括一第一壳体，所述的第一壳体上设有一个进气孔和一个压力调节输气通道，所述压力调节输气通道的开口端装设有一压力调节螺钉；所述的进气孔与所述的压力调节输气通道中部相连通，并在该进气孔两侧的压力调节输气通道上设有两个压力调节出气孔，所述的压力调节出气孔分别与所述的输气通道的输入端和第二输气通道的输入端相连通；

所述的磁压力式氧检测器还包括一左侧板和右侧板，所述的左侧板与右侧板间隔平行设置，并在所述的左侧板与右侧板之间装设有一第二壳体，所述的第一输气通道设置在所述的左侧板上，所述的第二输气通道设置所述的右侧板上，所述的桥臂热敏元件装设在所述的第二壳体上；

所述的第二壳体上设有一凹槽，所述的凹槽内装设有一第二支架，且该第二支架上有一半圆槽，所述的玻璃管固定式装设在所述的凹槽内，并在该凹槽底部设有三个接线孔。

2.如权利要求1所述的一种磁压力式氧检测器，其特征在于，所述的第一支架上还设有一磁化腔，所述的磁体分别抵触在所述的磁化腔两侧与该磁化腔形成密闭空间，且所述的两个磁体之间设有一间隙。

3.如权利要求2所述的一种磁压力式氧检测器，其特征在于，所述的连接孔与所述的密闭空间相连通，且所述的密闭空间与所述的被测气通道相连通。

4.如权利要求1所述的一种磁压力式氧检测器，其特征在于，所述的第一输气通道与所述的连接孔相连通一端设有一毛细管；所述的第二输气通道与所述的连接孔相连通一端设有一毛细管。

5.如权利要求1所述的一种磁压力式氧检测器，其特征在于，所述的被测气通道内装有两个参比电阻，所述的两个参比电阻与所述的两个测量电阻相互连接形成测量电桥。

6.如权利要求1所述的一种磁压力式氧检测器，其特征在于，所述的电阻丝为铂丝，所述铂丝为铂金丝。

7.如权利要求1所述的一种磁压力式氧检测器，其特征在于，所述电阻丝之间的间距为0.07mm。

8.一种根据权利要求1至7任一项所述的磁压力式氧检测器的桥臂热敏元件的加工方法，其特征在于，包括：

对玻璃管进行一次加热，将热传导管嵌入式套装在所述玻璃管内，使所述玻璃管包裹在所述的热传导管表面，并在所述的玻璃管表面缠绕电阻丝；

对所述表面缠绕电阻丝的玻璃管进行二次加热，将所述热传导管从所述玻璃管内拆除；所述热传导管为铜管；

玻璃管（31）采用L＝8毫米，Φ＝2毫米，壁厚δ<1毫米的玻璃管（31）作为线圈支撑骨架， 并在玻璃管（31）上用直径

电阻丝绕制80圈两个阻值120～130Ω的电阻。

9.如权利要求8所述的桥臂热敏元件的加工方法，其特征在于，所述的一次加热的温度为400℃，时间为8小时；二次加热的温度为400℃，时间为16小时。

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